微波消解-原子吸收光譜法測定茶葉中銅含量條件優(yōu)化

饒安舉 張冬梅

摘要：目的? 應(yīng)用正交實(shí)驗(yàn)法探索微波消解法-原子吸收光譜法測定茶葉中銅含量的最佳樣本前處理?xiàng)l件。方法? 本實(shí)驗(yàn)根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計表組合條件將樣本進(jìn)行微波處理，測定茶葉中銅元素含量，探究出硝酸含量、溫度、壓力、保持時間這四種因素對茶葉中有機(jī)質(zhì)微波消解的影響。以加標(biāo)回收率作為評價指標(biāo)，并對該方法的精密度和檢出限進(jìn)行測定驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷茶葉中銅含量測定的最佳前處理?xiàng)l件。結(jié)果? 影響茶葉中銅元素微波消解效果的因素順序是溫度、保持時間、硝酸含量以及壓力。本次實(shí)驗(yàn)找到的最佳樣本前處理?xiàng)l件組合是硝酸含量為8mL，溫度為170℃，壓力為60bar，保持時間為15min。火焰原子吸收光譜法測定茶葉中銅含量的加標(biāo)回收率為98.67%～110.50%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.2%，檢出限為0.00302mg/L。結(jié)論? 該方法微波消解茶葉用時較短，有機(jī)質(zhì)消解徹底，消解試劑用量少，元素含量測定準(zhǔn)確，適用于快速測定數(shù)量較多的茶葉樣本，并且能夠有效提高該方法的可靠性。

關(guān)鍵詞：正交實(shí)驗(yàn);微波消解;原子吸收光譜法;茶;銅含量;優(yōu)化

Abstract： Objective? To explore the best sample pretreatment conditions for the determination of copper in tea by Orthogonal test， Microwave digestion and Atomic absorption spectroscopy.? Methods? ?Orthogonal test method was used to determine the copper content in tea and the effects of HNO3 consume， temperature， pressure， and holding time of pressure on microwave digestion of organic matter in tea were explored.? HNO3 and hydrogen peroxide was added to the sample based on the orthogonal test design.? ? The content of copper in the sample solution was determined by Flame atomic absorption spectrometry and the recovery rate was used as an evaluation index.? The precision and detection limit of the method were tested and verified.? Based on the test results， the optimal sample pretreatment conditions for the determination of copper in tea were judged.? Results? The order of factors affecting the microwave digestion effect of copper in tea was temperature， holding time of pressure， HNO3 consume， and pressure.? The best combination of sample pretreatment conditions found in this experiment was a HNO3 consume of 8 mL， a temperature of 170°C， a pressure of 60 bar， and a holding time of pressure of 15 minutes.? The recovery rates of copper content in tea by flame atomic absorption spectrometry were 98.67%-110.50%， the relative standard deviation was 0.2%， and the detection limit was 0.00302 mg/L.? Conclusion? This method can shorten the time for microwave digestion of tea， completely digest organic matter， reduce the amount of digestion reagents， and determine the content of elements accurately.? It’s suitable for rapid determination of a large number of tea samples， and can effectively improve the reliability.

Key words： Orthogonal test; Microwave digestion; Atomic absorption spectroscopy; Tea; Copper content; Optimization

茶文化發(fā)源于中國，是現(xiàn)代生活中人們不可或缺的重要部分。研究發(fā)現(xiàn)茶葉中含有很多人體所必需的維生素、礦物質(zhì)、氨基酸、茶多酚等物質(zhì)，在預(yù)防心血管疾病、抗癌等方面具有重要意義[1]。在種植生產(chǎn)過程中，環(huán)境中的重金屬污染、農(nóng)藥殘留等或多或少都會影響茶葉的品質(zhì)和價值，嚴(yán)重者更有可能引起中毒，從而危害人體健康[2-3]。所以，茶葉的衛(wèi)生問題已成為目前老百姓關(guān)注的一個熱點(diǎn)[4]。其中銅是人體必需的微量元素，適量攝入銅對人體有著積極作用，銅參與多種酶在機(jī)體新陳代謝時的生物轉(zhuǎn)化，是一種特殊的催化劑[5]。而攝入過多會引起惡心、嘔吐、腹痛等癥狀，長時間的積累，可能會增加肝臟負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致肝硬化，更嚴(yán)重的情況下可危害到中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

茶葉中微量元素的分析方法有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子質(zhì)譜法等，其中原子吸收光譜法具有抗干擾能力強(qiáng)、操作快速簡便、靈敏度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)[6-8]。而對茶葉中微量元素的提取方法主要有濕法消解法和微波消解法[5]。消解的效率直接影響檢測結(jié)果。本次研究擬采用微波消解法對茶葉樣本進(jìn)行前處理，使用火焰原子吸收光譜法分析其中銅元素的含量。影響微波消解的因素主要有硝酸含量、溫度、壓力、保持時間等。為使茶葉中微量元素檢測結(jié)果可靠，可利用正交實(shí)驗(yàn)的均衡分散性、整齊可比性[14]來設(shè)計出正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計表L9（3）作為微波消解程序組合，從而探索操作簡便、損失元素少、快速、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的的茶葉樣本中銅元素測定的前處理?xiàng)l件。為能夠更好地測定茶葉中微量元素的含量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

微波消解儀（型號，Titan MPS，珀金埃爾默儀器有限公司）、原子吸收光譜儀（型號，PinAAcle 900T，珀金埃爾默儀器有限公司）、酸蒸清洗儀（德國安東帕）、石墨電熱平板、1000μg/mLCu標(biāo)準(zhǔn)溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）、過氧化氫、硝酸（UPS級，蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司）、純凈水。

1.2 方法

1.2.1 樣本處理

在某超市購買某品牌茶葉，干燥并粉碎，在干燥器中保存，備用。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

取1000μg/mLCu標(biāo)準(zhǔn)溶液（購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心）2.5mL，用純凈水定容至100mL容量瓶中，配制成濃度為25mg/L的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液，再取標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，濃度分別為0.2mg/L、0.4mg/L、0.8mg/L、1.2mg/L、1.6mg/L。

1.2.3 微波消解條件的設(shè)計

本實(shí)驗(yàn)以硝酸含量（A）、溫度（B）、壓力（C）和保持時間（D）為研究因素，分別選取3個水平，利用正交實(shí)驗(yàn)法系統(tǒng)生成正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計表L9（3）來設(shè)定微波消解程序組合，優(yōu)化測定茶葉中銅含量的前處理?xiàng)l件。共進(jìn)行9次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)做3個平行樣本，3個加標(biāo)樣本， 1個空白對照，最后得到63個待測溶液。

1.2.4 樣品前處理

取6個干凈的消解罐分別編號A/A’、B/B’、C/C’，準(zhǔn)確稱量茶葉樣本0.3g左右于6個消解罐內(nèi)，取1個干凈消解罐作空白對照[15]，在通風(fēng)處加入硝酸于7個消解罐內(nèi)，加入銅標(biāo)準(zhǔn)溶液于A’、B’、C’中，靜置5-10分鐘，使樣本與硝酸先反應(yīng)1min，再加入過氧化氫，靜置5-10分鐘，加蓋后放入微波消解儀中，按預(yù)定的微波消解程序進(jìn)行消解（表1），本實(shí)驗(yàn)微波消解程序分為3個步驟，固定步驟1和步驟3，將步驟2中的溫度、壓力、保持時間和硝酸含量作為正交實(shí)驗(yàn)的4個因素，每個因素分為三個水平（表2）。表1中待定參數(shù)按照表2中數(shù)據(jù)來設(shè)定。微波消解程序結(jié)束后，打開微波消解儀，取出消解罐經(jīng)趕酸處理，轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，最后定容、搖勻，備用。

1.2.5 測定方法

火焰原子吸收光譜法測定銅含量的條件：波長為324.75nm，所需電流為7mA，狹縫為0.7nm，乙炔流量為2.5 L/min，空氣流量為10 L/min。在此條件下對待測樣液進(jìn)行檢測。將銅標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中中間濃度的標(biāo)液作精密度檢測。

2 結(jié)果

2.1 銅標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

由銅標(biāo)準(zhǔn)曲線可知回歸方程：y = 0.1985x + 0.0011，R2 = 0.9998，相關(guān)性較好，可用于測定茶葉樣液中銅含量的計算。

2.2 微波消解條件優(yōu)化的結(jié)果

按正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計表L9（3）來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以加標(biāo)回收率作為評價指標(biāo)，最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3。

表3中的K1、K2、K3分別表示在每個研究因素下的各個水平的加標(biāo)回收率均數(shù)的總和，K1、K2、K3分別表示每個研究因素下各個水平的平均加標(biāo)回收率，R表示加標(biāo)回收率均數(shù)總和之間的極差。

表3結(jié)果顯示：根據(jù)極差（R）分析可得出影響微波消解效果的因素順序是溫度、保持時間、硝酸含量以及壓力。微波消解優(yōu)化組合是A3B2C3D1，即：硝酸含量8mL，溫度170℃，壓力60bar，和保持時間15min。

2.3 精密度和檢出限實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證該方法的可靠性，需要進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)。取0.8mg/L的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，測定7次，得出茶葉中銅的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）值為0.2%。對空白試劑進(jìn)行測定11次，得出標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）為0.0002，根據(jù)公式DL cheek =3S/b（b為銅標(biāo)準(zhǔn)曲線方程的斜率），計算出檢出限為0.00302mg/L。證明該方法的精密度高，符合測定分析銅元素的要求。

3 結(jié)論與討論

本實(shí)驗(yàn)采用正交實(shí)驗(yàn)法、微波消解法、原子吸收光譜法來對茶葉樣本進(jìn)行消解處理并測定銅元素含量，從而得到最佳的樣本前處理實(shí)驗(yàn)條件。主要是利用了正交實(shí)驗(yàn)法的整齊可比性、均衡分散性，以最少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)來得到一個最佳結(jié)果即最佳的樣本前處理實(shí)驗(yàn)條件[9]。以硝酸含量、溫度、壓力和保持時間作為研究因素，得到影響茶葉微波消解效果的順序是溫度、保持時間、硝酸含量和壓力。最佳的樣本前處理實(shí)驗(yàn)條件組合是硝酸含量8mL，溫度170℃，壓力60bar，和保持時間15min。加標(biāo)回收率為98.67%～110.50%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.2%，檢出限為0.00307mg/L。該方法快速、操作簡便、消解徹底、回收率高、精密度高、可靠性強(qiáng)。可以為建立簡便、準(zhǔn)確的測定茶葉中微量元素方法提供科學(xué)依據(jù)。

王敏[10]等研究表明微波消解比濕法消解所測定的樣本結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差更小，精密度更高，結(jié)果更穩(wěn)定、準(zhǔn)確，而且濕法消解污染大，微波消解更環(huán)保、先進(jìn)，環(huán)境對微波消解的影響更小。在本實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行微波消解的過程中存在一些問題。確定前期各因素水平的時候，先加硝酸，再加了2mL過氧化氫之后，樣本反應(yīng)太迅速，產(chǎn)生的氣體帶著樣本液體直接溢出消解罐。故選取過氧化氫1mL，且待硝酸加入后5分鐘再加入雙氧水，使反應(yīng)不會太劇烈，樣液不會溢出。

本實(shí)驗(yàn)是選擇一個最佳的樣本前處理?xiàng)l件，就需要通過多次實(shí)驗(yàn)來取一個最佳條件。如果用以前的老辦法全面考慮，四個研究因素、三個水平組合起來一共需要做81次實(shí)驗(yàn)，雖然能找出最佳方案，但是工作量就會很大，所用時間會很長，帶來的干擾誤差也會很多。但是在選擇正交實(shí)驗(yàn)法的情況下，就只需要做9次實(shí)驗(yàn)，也能代表所有條件對實(shí)驗(yàn)的影響。簡而言之，以部分實(shí)驗(yàn)來代表全面實(shí)驗(yàn)[11]。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 陳永明， 田媛. 綠茶茶葉及其浸出液中重金屬含量研究 [J]. 北京輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報， 2012， 30（02）： 43-47.

[2] Chong Wei Jin， Shao Ting Du， Kai Zhang， et al. Factors determining copper concentration in tea leaves produced at Yuyao County，China [J]. Food and Chemical Toxicology， 2008， 46（06）： 2054-2061.

[3] Fontcuberta M， Calderon J， Villalbi J R， et al. Total and inorganic arsenic in marketed food and associated-health risks for the Catalan （Spain） population [J]. Joumal of Agricultual and Food Chemistry， 2011， 59（18）： 10013-10022.

[4] 張洋婷， 馬洪波， 郗艷麗， 等. 茶葉中重金屬含量測定及其浸出規(guī)律的研究 [J]. 食品研究與開發(fā)， 2015， 36（22）： 11-13.

[5]黨婭， 劉水英. 漢中綠茶中6種礦質(zhì)元素含量及其溶出特性 [J]. 食品科學(xué)， 2014， 35（16）： 170-174.

[6] 于佳綺， 許良， 姜海霞， 等. 空氣-乙炔火焰原子吸收光譜法測定抗風(fēng)濕類蒙藥中8種微量元素 [J]. 藥物分析雜志， 2016， 36（06）： 1006-1010.

[7] 龐海霞. 火焰原子吸收法測定苦蕎中微量元素 [J]. 食品研究與開發(fā)， 2014， 35（12）： 60-62.

[8] 史娟， 李江. 微波輔助消解火焰原子吸收光譜法測定茶葉中的微量元素 [J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2015， 43（11）： 380-382.

[9] 葉耀東， 楊素林. 正交試驗(yàn)設(shè)計優(yōu)化頂空氣相色譜法分離鹵代烴操作條件 [J]. 中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志， 2008， 18（12）： 2579-2581.

[10] 王敏， 朱妙琴. 不同消解方式對火焰原子吸收光譜法測定嬰幼兒配方奶粉中Fe含量的影響 [J]. 浙江外國語學(xué)院學(xué)報， 2014， 09（05）： 56-59.

[11] 劉瑞江， 張業(yè)旺， 聞崇煒， 等. 正交試驗(yàn)設(shè)計和分析方法研究 [J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2010， 27（09）： 52-55.

作者簡介：饒安舉，男（1977.10），四川南充，實(shí)驗(yàn)師，從事預(yù)防醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作

川北醫(yī)學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)系? 四川南充? 637000

德陽市羅江區(qū)疾病預(yù)防控制中心? 四川德陽? 618500